黄土高原是我国水土流失最为严重的地区之一。1999年，黄土高原实施“退耕还林还草”工程，旨在改善土地利用结构，增加林草地面积，减缓水土流失。本研究以甘肃定西关川河流域为研究对象，利用遥感影像和实地调查相结合的方法，获取退耕还林还草前后（包括1995年、2000年、2005年和2010年）的土地利用数据，进行景观格局演变分析；利用流域1995～2010年的水文站数据，分析降雨及水土流失特征；利用“源”“汇”景观指数（LWLI，Location-Weighted Landscape Index）和土壤侵蚀RUSLE模型（Revised Universal Soil Loss Equation），分析流域景观格局变化与土壤侵蚀的关系。本研究对深入探讨黄土高原“退耕还林还草”工程与流域水文过程的关系，有效控制水土流失，优化黄土高原的治理，具有重要的理论和实践意义。结果表明：

（1）关川河流域主要以耕地、林地和草地为主；从1995年到2010年，耕地面积由56.86%减少到21.51%，而林地由9.01%增加到19.90%，草地由31.92%增加到55.15%；建筑用地持续增加，水域面积减少较快。流域景观破碎化程度略有降低，斑块形状指数有所降低。景观多样性指数，均匀性指数和连接度指数变化不大。“退耕还林还草”工程，是林草地面积增加的直接驱动因素。15年间，有55.40%的耕地转变为林草地，但同时也有32.93%的林地和草地又转变为耕地，说明由于人口和城市的扩张，林草地面积扩大的压力仍然很大。此外，关川河流域水域面积的快速减少，说明流域水资源环境呈恶化的趋势，但流域“退耕还林还草”与水域面积减少的关系，尚有待于进一步研究。

于缺水状态时，降雨对土壤侵蚀的影响延迟；土壤侵蚀量受降雨强度和前期降雨的共同影响。输沙量与河川径流量呈极显著线性关系（P＜0.01），与其他因子关系不明显；降雨量、侵蚀性降雨量和降雨侵蚀力都不能独立反映流域土壤侵蚀过程。

（3）从1995年到2010年，流域的LWLIelevation、LWLIdistance和LWLIslope指数呈降低趋势。在高海拔和距流域出水口较远的区域，“源”景观对水土流失的贡献逐渐小于“汇”景观。林地主要分布在坡度较小的地区，而草地主要分布在坡度较大地区。“源”“汇”景观综合指数LWLI从1995年到2005年持续下降，但2010年的LWLI值比2005年又有所提高，说明由于地区人口扩张和自然资源的限制，某些地区耕地扩张压力依然很大。15年间流域大气降水没有发生显著变化，但河川径流量、径流系数和土壤侵蚀模数逐年减少。LWLI与输沙量（P＜0.05）具有显著正相关关系。LWLI能够较好地反映流域土壤水蚀规律，可作为流域水土流失评价的有效方法。

（4）1995年、2000年、2005年和2010年的侵蚀模数呈现先降低后增加的趋势，总体上属于极强烈侵蚀。从四个时段的土壤侵蚀强度图来看，呈现出整体侵蚀强度逐渐减弱的特征。1995年～2010年土壤侵蚀强度等级不变的面积占46.71%，主要分布在关川河流域中游地区和关川河沿岸地带。RUSLE模型预测与实测的土壤水蚀指标的响应关系来看，具有显著的正相关关系（R2=0.904，P＜0.05）。用RUSLE模型进行土壤侵蚀定量分析，能够较好反映流域土壤水蚀规律，是可行有效的途径。1995年，流域内耕地、林地、草地和裸地都以剧烈侵蚀为主；到2010年，流域内耕地以极强度侵蚀为主，林地以微度侵蚀为主，草地也以极强度侵蚀为主。